电机学 第部分交流电机共性问题 .GE 2009级卓越工程师班 主讲教师：谢宝昌 上海交通大学电气工程系
电机学 第II部分 交流电机共性问题 for GE 2009级卓越工程师班 主讲教师：谢宝昌 上海交通大学电气工程系
交流电机共性问题 1.交流电机电枢绕组结构 ·三相对称、均匀分布 ·特殊的两相正弦分布 2.交流电机电枢绕组产生的磁势 ·对称多相分布绕组流过对称交流电流 ·同心式分布或集中绕组流过直流电流 3.交流电机绕组的气隙磁场 4.交流电机绕组的感应电势 5. 谐波电势及其削弱或消除的方法 August 27,2011 2
August 27, 2011 2 交流电机共性问题 1. 交流电机电枢绕组结构 • 三相对称、均匀分布 • 特殊的两相正弦分布 2. 交流电机电枢绕组产生的磁势 • 对称多相分布绕组流过对称交流电流 • 同心式分布或集中绕组流过直流电流 3. 交流电机绕组的气隙磁场 4. 交流电机绕组的感应电势 5. 谐波电势及其削弱或消除的方法
旋转磁场与空间电流密度分布 气隙磁场按照正弦规律旋转 sin(ot-kx) sin(wt)cos(kx) H=a,H cos(ot-kx) +sin(wt-2π/3)cos(kx-2π/3) +sin(ot-4t/3)cos(kx-4/3) 电流密度根据Maxwell方程得到 三相对称电流 三相对称轴空间函数 J=Vx H=a.kH sin(ot-kx) 结论：空间电流沿z轴方向， 随时间按照正弦规律变化且沿 空间x轴随正弦规律分布！ 工程实际设计：理想正弦波用 阶梯波逼近！ August 27,2011 A B 3
August 27, 2011 3 旋转磁场与空间电流密度分布 ! H = ayHm cos("t # kx) ! J = " # H = azkHm sin($t % kx) 结论：空间电流沿z轴方向， 随时间按照正弦规律变化且沿 空间x轴随正弦规律分布！ 工程实际设计：理想正弦波用 阶梯波逼近！ 气隙磁场按照正弦规律旋转 电流密度根据Maxwell方程得到 ! 3 2 sin("t # kx) = sin("t)cos(kx) +sin("t # 2$ /3)cos(kx # 2$ /3) +sin("t # 4$ /3)cos(kx # 4$ /3) 三相对称电流 三相对称轴空间函数 A B C
三相对称绕组 三相对称绕组的基本要求： 绕组空间分布对称，三相互差120电角，每相绕组的线圈 尽可能相同且简单，每相电势尽可能最大，节省材料。 对于均匀分布且形状相同的电枢槽，电枢槽数为相数的整数倍： 电枢表面一个圆周的角度360°，称为 机械角，也可以用2π弧度表示。 电枢槽数Z均匀分布在电枢圆周表面， 端部 极数2p,电枢圆周角为p360电角： 绕组相数m, 边 每极槽数， 端部 每极每相槽数q, 槽间角a, 首末端 相带， 叠形 波形 蛙形 单层绕组， 双层绕组 个线圈包含两边，端部，首末端。 边：感应电势的有效长度部分： 电角度=极对数×机械角度 端部：连接线圈两边的部分： 首末端：连接不同线圈的引线部分。 August 27,2011 4
August 27, 2011 4 三相对称绕组 三相对称绕组的基本要求： 绕组空间分布对称，三相互差1200电角，每相绕组的线圈 尽可能相同且简单，每相电势尽可能最大，节省材料。 电枢表面一个圆周的角度3600，称为 机械角，也可以用2π弧度表示。 电枢槽数Z均匀分布在电枢圆周表面， 极数2p，电枢圆周角为p⋅3600电角； 绕组相数m， 每极槽数， 每极每相槽数q， 槽间角α， 相带， 单层绕组， 双层绕组 对于均匀分布且形状相同的电枢槽，电枢槽数为相数的整数倍； 端部 边 端部 首末端 叠形 波形 蛙形 一个线圈包含两边，端部，首末端。 边：感应电势的有效长度部分； 端部：连接线圈两边的部分； 首末端：连接不同线圈的引线部分。 电角度＝极对数×机械角度
三相对称绕组 例题：电枢铁心表面均匀分布24个槽，设计三相4极对称 电枢绕组。 解答：电枢槽数Z=24,每极每相q=2,整数槽绕组，每个槽所在电角度如表所示；采 用60相带绕组，顺序为AZBXCY,每60电角为一个相带，其中AX,BY,CZ各构成 相，三相空间互差120电角。2p=4,p=2,p与Z的最大公约数为2，说明电机分为两 个完全对称的单元，即一对磁极构成一个单元电机，这是整数槽绕组的特点。 槽号 2 6 8 10 11 12 4,16 5,17 3,15 电角度 0° 300 60° 900 1200 150p 180 210° 2400 270P 3000 330N 相属 A Z B B X X C 6,18 2.14 槽号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 电角度 00 300 60P 900 1200 1500 180 210° 2400 270P 3009 330P 7.19 1,13 相属 A A Z B B X 12,24 8,20 所有线圈大小相同，气隙磁场对称，为了获得最大电势，线圈的 9,21 11,23 10,22 两个边处在相反的磁极极性下，即相差一个极距：但是极距用槽 数表示时必须是整数，即q必须是整数。 August 27,2011 5
August 27, 2011 5 三相对称绕组 例题：电枢铁心表面均匀分布24个槽，设计三相4极对称 电枢绕组。 解答：电枢槽数Z=24，每极每相q=2，整数槽绕组，每个槽所在电角度如表所示；采 用600相带绕组，顺序为AZBXCY，每600电角为一个相带，其中AX，BY，CZ各构成 一相，三相空间互差1200电角。2p=4，p=2，p与Z的最大公约数为2，说明电机分为两 个完全对称的单元，即一对磁极构成一个单元电机，这是整数槽绕组的特点。 相属 A A Z Z B B X X C C Y Y 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 0 电角度 0 槽号 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 相属 A A Z Z B B X X C C Y Y 3300 3000 2700 2400 2100 1800 1500 1200 900 600 300 0 电角度 0 槽号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1，13 2，14 3，15 4，16 12，24 11，23 10，22 9，21 8，20 5，17 6，18 7，19 所有线圈大小相同，气隙磁场对称，为了获得最大电势，线圈的 两个边处在相反的磁极极性下，即相差一个极距；但是极距用槽 数表示时必须是整数，即q必须是整数